第六章前馈控制系统ppt课件.ppt

《第六章前馈控制系统ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二篇复杂控制系统第六章利用补偿原理提高系统的控制品质前馈控制系统大迟延系统非线性增益补偿系统1、不变性原理u(t)y(t)……f1(t)f2(t)fn(t)被控对象中的基本扰动与外部扰动6.1前馈控制系统一、基本概念不变性原理是自动控制理论中研究扼制和消除扰动对控制系统影响的理论。实际的控制系统都会受到外部扰动的影响。如果这种扰动能够被测量出来，就有可能利用它来产生控制作用，以消除其对输出的影响。这种设计原理就是不变性原理。不变性原理由苏联学者Г.В.谢巴诺夫在1939年首先提出。40～50年代苏联学者Н.Н.卢津、Б.Н.彼德罗夫等对此进行了系统的研究，使之

2、发展成为一整套完整的理论。在西方，C.D.约翰逊继苏联学者之后也独立地提出，在作用有外扰动的控制系统中，应当把控制分成两部分，一部分用来抵消扰动的作用，另一部分用来实现跟踪控制（使系统的状态按给定的规律变化），并建立了这种抵消扰动的理论。绝对不变性调节过程的动态偏差和稳态偏差均为零是一种理想的控制标准。误差不变性实际上是指准确度有一定限制的不变性，或说与绝对不变性存在一定误差的不变性，又称为不变性，可表示为：当fi(t)0时，

3、y(t)

4、<，i=1,2,…n稳态不变性被调量的动态偏差不等于零，而其稳态偏差为零选择不变性不变性原理是前馈控制的理论基础2、反

5、馈控制的特点T2CT2T蒸汽冷物料热物料冷凝水换热器换热器温度的反馈控制T1，QD，pd系统工作原理主要干扰：加热物料的流量、温度、调节阀前的蒸汽压力等，最主要的是加热的物料流量Q。反馈的本质是“基于偏差来消除偏差”。如果没有偏差出现，也就没有控制作用了。无论扰动发生在哪里，总有等到引起被控量发生偏差后，调节器才动作，故调节器的动作总是落后于扰动作用的发生，是一种“不及时”的控制。反馈控制系统，因构成闭环，故存在一个稳定性的问题。即使组成闭环系统的每一个环节都是稳定的，闭环系统是否稳定，仍然需要作进一步的分析。引起被控量发生偏差的扰动，均被包围在闭环内，故反馈控

6、制可消除多种扰动对被控量的影响。反馈控制系统中，调节器的控制规律通常是P、PI、PD、PID等典型规律。3、前馈控制的特点如根据被加热的物料流量Q的变化信号，通过一个扰动补偿器来控制调节阀，就不必等待流量变化后反映到出口温度以后再去进行操作，而是根据流量的变化，立即对调节阀进行操作，甚至可以在出口温度还没有变化前就及时对流量的扰动补偿。前馈控制的特点冷物料流量增加热物料温度降低热物料温度升高扰动通道控制通道热物料温度不变FffC换热器流量的前馈控制FffT蒸汽冷物料热物料冷凝水换热器T1，QD，pd前馈控制是“基于扰动来消除扰动对被控变量的影响”，故前馈控制又称

7、为“扰动补偿”。扰动发生后，前馈控制器“及时”动作，对抑制被控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。前馈控制属于开环控制，所以只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。只适用于克服可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰动无抑制作用，因此，前馈控制具有指定性补偿的局限性。前馈控制的控制规律，取决于被控对象的特性。因此，往往控制规律比较复杂。4、前馈与反馈控制的比较反馈控制前馈控制设计原理反馈控制理论不变性原理被测变量被控变量扰动量控制器输入测量和设定之间的偏差被测扰动量控制规律的实现可以和经济有时只能近似控制系统组态闭环开环典型控制器P,PI,PD,PID及开

8、关超前－滞后环节控制作用在过程受扰动的影响以前在过程受扰动的影响以后5、前馈控制系统的方框图框图中，D(s)－扰动；Y(s)－被控量Gd(s)－对象扰动通道传递函数Gff(s)－前馈调节器Gp(s)－对象传递函数前馈调节器的传递函数可应用不变性原理定量地导出，其前馈控制系统框图为：Y(s)D(s)两个传递通道：从扰动通过对象的扰动通道去影响输出从扰动通过前馈调节器、对象的调节通道去影响输出调节作用和扰动作用对被控量的影响是相反的，在一定条件下有可能实现完全补偿。Y(s)D(s)tY(t)△Q扰动作用调节作用从前馈补偿作用原理看出，调节器的作用对输出y(t)的影响

9、和扰动作用对y(t)的影响是相反的。系统的传递函数为：系统对扰动Q(s)实现完全补偿的条件是：可得到前馈传递函数：负号表示调节作用和扰动作用相反。Y(s)D(s)但前馈控制具有以下的不足之处：Gp(s)和Gd(s)不能精确获得，或具有时变特性，使Gff(s)不能精确实现，因此扰动影响不能完全补偿实际工业生产过程中的扰动不止一个有些扰动不可测量或难以测量前馈控制对被控变量的控制效果没有检验依据即使Gp(s)和Gd(s)可以精确获得，但Gff(s)不能物理实现，例如出现纯超前环节。1、静态前馈控制只能保持过程在稳态下补偿扰动作用为了实现静态前馈控制，可以根据换热器的

10、热量平衡关系，求出静态前